高模量碳纖維在太陽能無人機中的應(yīng)用

全球鷹無人機世界聞名，由美國諾斯羅普·格魯曼公司自2001年研制生產(chǎn)，經(jīng)歷多次更新迭代，性能趨近完善。為了提高續(xù)航，采用太陽能動力驅(qū)動的同時，對無人機機翼進行重新設(shè)計，采用碳纖維復(fù)合材料制作，飛行時間更長。

 

 

高模量碳纖維在太陽能無人機中的應(yīng)用

 

高空長航時無人機的用途多為偵查和通信，在雙翼翼面需要鋪設(shè)大面積的太陽能電池，才能保證任務(wù)系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的長時間運轉(zhuǎn)。為了達到這種需求，需要無人機的設(shè)計采用較大的展弦比，減少飛行的阻力，提高升阻比，提高啟動效率。

 

既要搭載大面積太陽能板，又要滿足大展弦比的設(shè)計需求，就需要太陽能無人機采用更輕質(zhì)，更高強度和剛度的復(fù)合材料。這個時候高模量碳纖維復(fù)合材料的利用價值就體現(xiàn)出來了，超強的結(jié)構(gòu)強度和抗變形能力，較鋁合金更輕的質(zhì)地，讓它更加出類拔萃。

 

全球鷹無人機除了機身是鋁合金材質(zhì)外，其他結(jié)構(gòu)部件中大部分都采用了高模量的碳纖維復(fù)合材料，站整體重量的65%。

 

全球鷹高空長航時無人機，除機身采用了鋁合金以外，其他結(jié)構(gòu)件大量采用了先進纖維復(fù)合材料，而且復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)總重量高達65%。機翼部分由沃特飛機工業(yè)公司（Vought Aircraft Industries）建造，跨度為116.2英尺，每個外部吊艙的硬點最大為1000磅。

 

同時為了滿足彎曲剛度等性能要求，全球鷹無人機四梁式承扭盒的I型梁結(jié)構(gòu)完全采用高模量碳纖維增強環(huán)氧樹脂預(yù)浸料制造，其中0°鋪層占50%、其他鋪層占50%。

 

 

中國對于碳纖維無人機的重視

 

全球鷹無人機是由美國人發(fā)明的，他們在此領(lǐng)域具備更多的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)累積，因此想要突破該領(lǐng)域的技術(shù)壁壘非常困難的。但中國一直在努力，并且已經(jīng)通過自己的實力，證明了在無人機領(lǐng)域，我們也能玩得轉(zhuǎn)。

 

2017年由中國航天科技集團公司十一院自主研發(fā)的新型彩虹太陽能無人機完成臨近空間飛行試驗，從而打破了國外技術(shù)壟斷。先進的無人機包含了大量如材料、設(shè)計、通信、電子等多個高端領(lǐng)域技術(shù)的掌握和應(yīng)用，只有在這些領(lǐng)域完成自主掌控，才不會被其他國家扼住喉嚨。

 

太陽能無人機等航空航天領(lǐng)域的科研探索，需要巨量的經(jīng)濟投入，更需要海量的技術(shù)人才的加入，才能實現(xiàn)真正的自主獨立。相信依托太陽能無人機等項目的帶動，并配套研發(fā)高模量碳纖維、新型太陽能電池、新型儲能手段等技術(shù)和產(chǎn)品，將有助于進一步推動我國航空航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。